KR20130088479A - 슬립-스틱방식 압전 구동 장치 - Google Patents

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Abstract

개시된 압전 모터는 슬립-스틱방식으로 구동되는 압전 모터로서, 상호 대향되게 배치되는 고정체와 가동체, 고정체와 가동체 사이에 방사상으로 배치되어 전단 모드로 작동되며 일단이 고정체에 고정되고 타단은 가동체에 마찰접촉되는 복수의 압전소자를 포함한다. 복수의 압전소자의 분극방향은 서로 다르다.

Description

슬립-스틱방식 압전 구동 장치{Slip-stick type piezoelectric actuator}
압전소자의 압전효과를 이용하여 슬립-스틱 방식으로 구동되는 압전 구동 장치가 개시된다.
주사 탐침 현미경(SPM: Scanning Probe Nicroscopy), 광학 장비, 반도체 공정 장비, 초정밀 정렬기(aligner) 등에는 수 밀리미터에서 수 센티미터 범위에서 대상체를 이동시킬 수 있으며 한 스텝의 이동 거리가 수 마이크로미터 미만, 작게는 수 십 나노미터에서 수 피코미터 수준인 정밀한 이동이 가능한 위치 조정기(positioner)가 요구된다. 이를 위하여 미세한 변위를 유발할 수 있는 간단한 구조의 액추에이터의 개발이 요구된다.
본 발명은 작고 단순한 구조로 2차원 이상의 자유도로 대상체를 이동시킬 수 있는 슬립-스틱(slip-stick) 구동방식의 압전 구동 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 압전 구동 장치는, 고정체; 상기 고정체와 대향되게 배치되는 가동체; 상기 고정체와 상기 가동체 사이에 배치되어 전단 모드로 작동되며, 일단이 상기 고정체에 고정되고 타단은 상기 가동체에 접촉되는 복수의 압전소자;를 포함하며, 상기 복수의 압전소자 각각의 분극방향은 서로 다른 방향이다.
상기 복수의 압전소자 각각은, 분극방향이 서로 반대 방향인 제1압전층과 제2압전층을 포함할 수 있다. 상기 제1압전층과 제2압전층은 서로 적층될 수 있다.
상기 장치는, 일단이 상기 고정체에 접촉되고 타단은 상기 가동체를 상기 복수의 압전소자를 향하여 탄력적으로 누르는 탄성부재;를 더 포함할 수 있다.
상기 장치는, 상기 가동체와 상기 고정체 중 적어도 하나에 배치되는 자석을 포함하여, 상기 가동체는 상기 자석의 자기력에 의하여 상기 복수의 압전소자를 가압할 수 있다.
상기 압전 구동 장치는 상기 복수의 압전소자와 상기 가동체 간의 슬립-스틱에 의해 병진운동을 구현할 수 있다.
상기 복수의 압전소자는 3개 이상이며, 상기 분극방향은 방사방향 또는 방사방향과 직교하는 방향일 수 있다.
상기 가동체의 상기 복수의 압전소자와 접촉되는 면은 곡면이며, 상기 가동체는 상기 복수의 압전소자에 의하여 틸트운동될 수 있다. 상기 장치는, 상기 복수의 압전소자를 상기 곡면의 접선방향으로 지지하는 지지대가 마련된 고정대를 더 구비할 수 있다.
상기 장치는, 상기 가동체의 변위를 검출하는 변위검출수단을 더 구비할 수 있다. 상기 변위검출수단은 상기 가동체와 상기 고정체의 상호 대향되는 면에 배치되는 복수의 전극을 포함하며, 상기 가동체의 변위에 따른 상기 복수의 전극 사이의 정전용량의 변화를 검출할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 압전 구동 장치는 고정체; 상기 고정체와 대향되게 배치되는 가동체; 상기 고정체와 상기 가동체 사이에 배치되어 전단 모드로 작동되며, 일단이 상기 고정체에 고정되고 타단은 상기 가동체에 접촉되는 적어도 하나 이상의 압전소자; 상기 하나 이상의 압전소자 각각은 제 1압전유닛과 제 2 압전유닛;을 포함하며, 상기 제1압전유닛의 분극방향과 상기 제2압전유닛의 분극방향은 서로 다른 방향이다.
상기 제 1 압전유닛과 상기 제 2압전유닛중 적어도 하나는, 분극방향이 서로 반대 방향인 제1압전층과 제2압전층을 포함할 수 있다.
상기 제1압전층과 제2압전층은 서로 적층될 수 있다.
상기 제1압전유닛의 분극방향과 제2압유닛의 분극방향은 서로 직교할 수 있다.
상기 제1압전유닛과 제2압전유닛은 서로 적층될 수 있다.
상기 가동체는 자중, 탄성력, 자기력 중 적어도 하나에 의하여 상기 적어도 하나 이상의 압전소자에 가압될 수 있다.
상기 가동체의 상기 적어도 하나 이상의 압전소자와 접촉되는 면은 평면일 수 있다.
상기 압전 구동 장치는 상기 적어도 하나 이상의 압전소자와 상기 가동체 간의 슬립-스틱에 의해 병진운동 및 회전운동을 구현 할 수 있다.
상기 가동체의 상기 적어도 하나 이상의 압전소자와 접촉되는 면은 곡면이며, 상기 가동체는 상기 적어도 하나 이상의 압전소자에 의하여 틸트운동될 수 있다. 상기 고정체에는 상기 적어도 하나 이상의 압전소자를 상기 곡면의 접선방향으로 지지하는 지지대가 마련될 수 있다.
상기 장치는, 상기 가동체의 변위를 검출하는 변위검출수단을 더 구비하며, 상기 변위검출수단은 상기 가동체와 상기 고정체의 상호 대향되는 면에 배치되는 복수의 전극을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 압전 구동 장치는 고정체; 상기 고정체와 대향되게 배치되는 가동체; 상기 고정체와 가동체 사이에 배치되어 전단 모드로 작동되며, 일단이 상기 고정체에 고정되고 타단은 상기 가동체에 접촉되는 복수의 압전소자; 상기 복수의 압전소자 각각의 분극방향이 서로 다른 방향이며, 상기 복수의 압전소자 각각은 제1압전층과 제2압전층;을 포함하며, 상기 제1압전층의 분극방향과 상기 제2압전층의 분극방향이 서로 직교하며, 상기 고정체와 상기 가동체 중 적어도 하나는 관통부를 포함한다.
상기 제1압전층의 분극방향과 상기 제2압전층의 분극방향 중 하나는 방사방향 또는 방사방향과 직교하는 방향일 수 있다.
상기 압전 구동 장치는 상기 복수의 압전소자와 상기 가동체 간의 슬립-스틱에 의해 병진운동을 구현할 수 있다.
상기 가동체는 자중, 탄성력, 자기력 중 적어도 하나에 의하여 상기 복수의 압전소자에 가압될 수 있다.
상기 장치는, 상기 가동체의 변위를 검출하는 변위검출수단을 더 구비하며, 상기 변위검출수단은 상기 가동체와 상기 고정체의 상호 대향되는 면에 배치되는 복수의 전극을 포함할 수 있다.
상술한 압전 구동 장치의 실시예들에 따르면 전단 모드로 작동되는 복수의 압전 소자를 방사상으로 배열하여, 비교적 낮은 구동전압으로 구동이 가능한 소형의 슬립-스틱 구동방식 압전 구동 장치를 구현할 수 있다. 압전 소자의 분극 방향을 방사방향 또는 이와 직교하는 방향으로 배열함으로써 가동체를 병진운동 또는 회전운동시킬 수 있다. 압전소자와 대향되는 가동체의 면을 곡면으로 하여, 가동체를 틸트운동시킬 수 있다. 가동체의 변위검출수단을 채용하여 피드백 제어가 가능하다.
도 1은 가동체를 병진운동시키는 슬립-스틱 구동방식 압전 구동 장치의 일 실시예의 개략적인 측면도.
도 2는 전단 모드로 작동되는 압전 소자의 전단 변위를 보여주는 도면.
도 3은 탄성부재를 이용하여 가동체를 압전소자에 대하여 가압하는 구조의 일 예를 도시한 측면도.
도 4는 자석을 이용하여 가동체를 압전소자에 대하여 가압하는 구조의 일 예를 도시한 측면도.
도 5는 슬립-스틱 구동을 위한 구동 신호의 예를 도시한 그래프.
도 6(a) 내지 6(c)는 슬립-스틱 구동 과정을 도시한 도면들.
도 7은 도 1에 도시된 압전 구동 장치의 일 실시예에서 복수의 압전 소자의 배치를 보여주는 평면도.
도 8은 도 1에 도시된 압전 구동 장치의 일 실시예에 적용되는 압전소자의 일 실시예의 사시도.
도 9 내지 도 11은 도 1에 도시된 압전 구동 장치의 일 실시예에서 가동체의 병진 운동을 도시한 도면들.
도 12는 가동체를 틸트 운동시키는 슬립-스틱 구동방식 압전 구동 장치의 일 실시예의 측면도.
도 13은 도 12에 도시된 압전 구동 장치의 일 실시예에서 복수의 압전 소자의 배치를 보여주는 평면도.
도 14는 가동체를 회전 운동시키는 슬립-스틱 구동방식 압전 구동 장치의 일 실시예의 평면도.
도 15는 도 14에 도시된 압전 구동 장치의 일 실시예에서 가동체의 회전 운동을 도시한 도면들.
도 16은 가동체를 병진/회전 운동시키는 슬립-스틱 구동방식 압전 구동 장치의 일 실시예의 평면도.
도 17은 도 16에 도시된 압전 구동 장치의 일 실시예에서 복수의 압전 소자의 배치를 보여주는 평면도.
도 18은 도 16에 도시된 압전 구동 장치의 일 실시예에 적용되는 압전소자의 일 실시예의 사시도.
도 19는 가동체의 병진변위를 검출하기 위한 변위검출수단의 일 실시예의 구성도.
도 20은 도 19에 도시된 변위검출수단의 일 실시예에서 가동체가 -X 방향으로 이동된 경우의 전극들의 배치를 도시한 도면.
도 21(a) 내지 도 21(d)는 도 19에 도시된 변위검출수단의 일 실시예에서 가동체의 위치에 따른 전극들의 배치를 도시한 도면들.
도 22는 가동체의 회전변위를 검출하기 위한 변위검출수단의 일 실시예의 구성도.
도 23은 가동체의 회전변위를 검출하기 위한 변위검출수단의 다른 실시예의 구성도.
도 24는 중앙부에 관통부가 마련된 슬립-스틱 구동방식 압전 구동 장치의 일 실시예의 단면도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 압전 구동 장치의 실시예들을 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면 상에서 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다.
도 1은 슬립-스틱 구동방식 압전 구동 장치의 일 실시예의 측면도이며, 도 2는 전단 모드로 작동되는 압전 소자의 전단 변위를 보여주는 도면이다. 도 1을 보면, 고정체(10), 가동체(20), 및 복수의 압전소자(30)가 도시되어 있다.
고정체(10)와 가동체(20)는 서로 대향되어 이격되게 배치된다. 복수의 압전소자(30)는 고정체(10)와 가동체(20)의 상호 대향되는 두 면(11)(21) 사이에 배치된다. 복수의 압전소자(30)는 고정체(10)에 고정되는 고정단(301)과 가동체(20)에 마찰접촉되는 가동단(302)을 구비한다. 고정단(301)은 고정체(10)의 면(11)에 고정되며, 가동단(302)은 가동체(20)의 면(21)에 마찰접촉된다. 일 예로, 복수의 압전소자(30)는 고정체(10)의 면(11)에 접착될 수 있다. 접착제로서는 일 예로 에폭시 계열의 접착제, 용제 증발형 접착제 등이 사용될 수 있다.
본 실시예의 압전소자(30)는 도 2에 도시된 바와 같이 전단 모드(shearing mode)로 작동된다. 점선으로 도시된 것은 압전소자(30)에 구동전압이 인가되기 전의 모습이며, 실선으로 도시된 것은 압전소자(30)에 구동전압이 인가되어 전단 변형된 모습이다. 전단 모드로 작동되는 경우의 압전소자(30)의 변위(ΔL)는 압전소자(30)에 인가되는 전압(V)과 전단 모드에서의 압전상수(d15)에 의하여 다음과 같이 표시될 수 있다.
Figure pat00001
전단 모드의 압전상수(d15)는 횡모드(transverse mode)나 종모드(longitudinal mode)의 압전 상수(d31)(d33)에 비하여 크다. 예를 들어, PZT(Lead Zirconate Titanate)의 경우에 상온에서의 종모드, 횡모드, 및 전단 모드의 압전상수(d33)(d31) (d15)는 각각 200~700 pico-meter/V, -60~-350 pico-meter/V, 및 300-800 pico-meter/V 로서 전단 모드의 압전상수(d15)가 가장 크다. 따라서, 전단 모드로 작동되는 경우에는 종모드 또는 횡모드로 작동되는 경우에 비하여 상대적으로 낮은 전압에서 큰 변위를 유발할 수 있다.
가동체(20)는 자중에 의하여 복수의 압전소자(30)에 힘을 가함으로써 가동단(302)과 마찰접촉될 수 있다. 또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 가동체(20)를 복수의 압전소자(30)에 가압하는 탄성부재(40)가 마련될 수 있다. 탄성부재(40)는 예를 들어, 일단(41)은 고정체(10)에 고정되고, 타단(42)은 가동체(20)에 탄력적으로 접촉되는 판스프링일 수 있다. 또한, 가동체(20)는 자기력에 의하여 복수의 압전소자(30)에 가압될 수 있다. 도 4를 보면, 고정체(10)가 자성을 가진 재료로 된 경우에는 가동체(20)에 자석(50)이 배치되어, 고정체(10)와의 자기 인력에 의하여 가동체(20)가 복수의 압전소자(30)에 가압될 수 있다. 자석(50)이 고정체(10)에 마련되어 자성 재료로 된 가동체(20)를 당겨서 복수의 압전소자(30)에 가압할 수도 있다. 또한, 가동체(20)와 고정체(10) 각각에 자석(50)이 마련되어 상호 자기 인력에 의하여 가동체(20)를 복수의 압전소자(30)에 가압할 수도 있다.
본 실시예의 압전 구동 장치는 압전소자(30)의 슬립-스틱 운동의 조합에 의하여 가동체(20)를 이동시킨다. 도 5를 보면, 압전 소자(30)를 구동하기 위한 구동신호의 일 예가 도시되어 있다. 도 5에 도시된 구동신호는 톱니 파형이다. 구동신호는 전압이 급격하게 변동되는 구간(S1)과 전압이 완만하게 변동되는 구간(S2)을 포함한다.
도 5에 도시된 구동신호가 압전소자(30)에 인가될 때의 압전모터의 거동이 도 6에 도시되어 있다. 도 6의 (a)에 도시된 상태는 구동신호가 인가되지 않은 상태이다. 이 상태에서 구동신호의 구간(S1)이 인가되면, 압전소자(30)는 도 2에 도시된 바와 같이 전단 모드로 변형된다. 이때, 구동신호의 전압의 변화에 의한 압전소자(30)의 변형이 가동체(20)의 관성 및 가동체(20)와 고정체(10)에 부가된 가압력을 이길 수 있을 정도로 빠르게 일어나면, 압전소자(30)의 가동단(302)은 가동체(20)의 면(21)과 미끄러지면서 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이 변형된다. 가동체(20)는 움직이지 않는다. 압전소자(30)의 가동단(302)이 가동체(20)에 대하여 미끄러지면서 변형되는 구간을 슬립 구간이라 하며, 구동신호의 구간(S1)이 슬립구간에 대응된다. 다음으로 구동신호의 구간(S2)가 압전소자(30)에 인가되면, 압전소자(30)는 서서히 원래 상태로 복귀된다. 이때에 압전소자(30)의 가동단(302)은 가동체(20)의 면(21)에 가압된 상태이므로 가동단(302)은 원래 상태로 복귀하며, 가동체(20)는 미리 정해진 방향으로 이동하게 된다. 따라서, 도 6의 (C)에 도시된 바와 같이, 가동체(20)는 도면의 좌측으로 이동된다. 압전소자(30)가 변형 상태에서 원래 상태로 복귀하며 가동체(20)가 가동단(302)과 함께 이동되는 구간을 스틱 구간이라 하며, 구동신호의 구간(S2)이 스틱 구간에 대응된다. 상술한 바와 같이, 슬립-스틱 구동을 반복함으로써 가동체(20)를 이동시킬 수 있다.
슬립-스틱 구동을 위한 구동신호의 형태는 톱니 형태에 한정되지 않는다. 구동신호는 전압의 기울기가 급격하게 변하는 구간과 완만하게 변하는 구간을 가지는 어떠한 형태라도 무방하다. 예를 들어, 도 5에 점선으로 도시된 싸이클로이드 파형 신호(cycloidal wave signal), 일점 쇄선으로 도시된 잘려진 싸인 파형 신호(clipped sinusoidal wave signal) 등이 구동신호로서 채용될 수 있다.
본 실시예의 압전모터는 가동체(20)를 2차원 평면 내에서 병진운동시킬 수 있다. 이를 위하여, 복수의 압전소자(30)가 방사상으로 배치된다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이 3개의 압전소자(30-1)(30-2)(30-3)가 중심점(C)로부터 방사상으로 배치된다. 본 실시예에서는 3개의 압전소자(30-1)(30-2)(30-3)가 중심점(C)를 중심으로 하여 120도 간격으로 배치되어 있으나, 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 필요에 따라서 4개 또는 그 이상의 압전소자(30)가 배치될 수도 있다. 중심점(C)으로부터 각 압전소자(30-1)(30-2)(30-3)까지의 거리가 모두 동일할 필요는 없다. 또한, 3개의 압전소자(30-1)(30-2)(30-3)가 반드시 대칭되게 배치될 필요도 없다. 압전소자(30)의 개수와 배치형태는 요구되는 가동체(20)의 구동 특성에 적합하게 결정될 수 있다. 도 7에 도시된 실시예에서는 3개의 압전소자(30-1)(30-2)(30-3)의 분극방향은 서로 다르다. 예를 들어, 3개의 압전소자(30-1)(30-2)(30-3)의 분극방향은 방사방향으로서 서로 120도의 간격을 이룬다. 이하에서 분극방향은 전단 모드에 의한 압전소자의 변형방향과 동일한 의미로 사용된다.
도 8에는 압전소자(30)의 일 실시예의 구성을 도시한 분해사시도이다. 도 8을 참조하면, 압전소자(30)는 상호 적층된 제1, 제2압전층(31)(32)을 포함할 수 있다. 제1, 제2압전층(31)(32) 사이에는 커먼 전극(33)이 배치되고, 제1, 제2압전층(31)(32)의 하부면 및 상부면에는 각각 구동 전극(35)(34)이 배치될 수 있다. 구동 전극(34)(35)의 상부면 및 하부면에는 터미널 플레이트(36)(37)가 배치된다. 제1, 제2압전층(31)(32)은 분극 방향이 서로 반대 방향이다. 예를 들어, 제1압전층(31)의 분극 방향은 중심점(C)으로부터 외측을 향하는 방향이며, 제2압전층(32)의 분극 방향은 중심점(C)을 향하는 방향일 수 있다. 터미널 플레이트(37)는 고정체(10)의 면(11)에 고정되며, 터미널 플레이트(36)는 가동체(20)의 면(21)에 마찰접촉될 수 있다.
압전층(31)(32)은 압전물질의 증착공정 또는 페이스트 상태의 압전물질을 소정 두께, 예를 들어, 0.5mm 내지 1mm 정도로 소결시키는 방법 등과 같이 본 기술 분야에서 알려진 제조공정을 통하여 형태를 만들고, 압전특성을 발생시키는 폴링(poling) 공정을 수행함으로써 형성될 수 있다. 압전소자(30)를 전단 모드로 동작시키기 위하여는 폴링 공정에서 압전층(31)(32)에 전단 방향의 스트레스를 가한 상태에서 전계를 인가할 수 있다. 압전층(31)(32)은 벌크 압전물질의 슬라이스(slice)로 형성될 수도 있다. 압전물질로는 예를 들어, PZT(Lead Zirconate Titanate) 세라믹 재료, BaTiO3, PbTiO3, KNbO3, LiNbO3, LiTaO3, Na2WO3, Zn2O3, Ba2NaNb5O5, Pb2KNb5O15, BiFeO3, NaNbO3, Bi4Ti3O12, Na0 .5Bi0 .5TiO3 등이 사용될 수 있다. 전극(33)(34)(35)은 도전성을 가진 금속 물질로 형성될 수 있다. 전극(33)(34)(35)은 하나의 금속층으로 형성될 수도 있며, 예를 들어, Ti 층과 Pt 층의 두 개의 금속층으로 형성될 수도 있다. 전극(33)(34)(35)은 압전층(31) 또는 압전층(32)에 도전성 금속 물질, 예컨대 Ag-Pd 페이스트를 스크린 프린팅함으로써 형성될 수도 있다. 다만, 상술한 압전층 및 전극을 만드는 공정에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 시장에서 입수가능(commercially available)한 전단 모드로 폴링된 압전물질을 필요에 따라 소망하는 형태로 절단하여 압전층(31)(32)을 형성할 수도 있다. 또, 압전층(31)(32)으로서 박막형태의 압전층이 복수 적층된 압전스택(piezo-stack)이 채용될 수도 있다.
도 6을 참조하면, 가동체(20)는 압전소자(30)의 분극 방향의 반대 방향으로 이동된다는 것을 알 수 있다. 이러한 성질을 이용하여, 가동체(20)를 평면 내에서 병진운동시키는 과정의 예를 설명한다. 이하에서, 압전소자(30-1)(30-2)(30-3)의 제1압전층(31)에 구동전압을 인가한 경우 압전소자(30-1)(30-2)(30-3)의 분극 방향을 각각 P1-1, P2-1, P3-1이라 하고, 압전소자(30-1)(30-2)(30-3)의 제2압전층(32)에 구동전압을 인가한 경우 압전소자(30-1)(30-2)(30-3)의 분극 방향을 각각 P1-2, P2-2, P3-3라 한다.
압전소자(30-1)의 제1압전층(31)과, 압전소자(30-2)(30-3)의 제2압전층(32)에 구동신호를 인가한다. 그러면, 압전소자(30-1)(30-2)(30-3)는 도 9에 점선으로 도시된 바와 같이 각각 P1-1, P2-2, P3-2 방향으로 분극된다. 슬립-스틱 작용에 의하여 가동체(20)는 점선으로 도시된 바와 같이 P1-1의 반대방향, 즉 P1-2방향으로 이동된다. 가동체(20)를 P1-1방향으로 이동시키기 위하여는, 압전소자(30-1)의 제2압전층(32)과, 압전소자(30-2)(30-3)의 제1압전층(31)에 구동신호를 인가한다. 그러면, 도 9에 일점쇄선으로 도시된 바와 같이 압전소자(30-1)(30-2)(30-3)는 각각 P1-2, P2-1, P3-1 방향으로 분극되고, 슬립-스틱 작용에 의하여 가동체(20)는 일점쇄선으로 도시된 바와 같이 P1-1 방향으로 이동된다.
도 10을 참조하면, 압전소자(30-1)(30-2)(30-3)를 각각 P1-2, P2-1, P3-2방향으로 분극시키면 가동체(20)는 점선으로 도시된 바와 같이 P2-2방향으로 이동되며, 압전소자(30-1)(30-2)(30-3)를 각각 P1-1, P2-2, P3-1방향으로 분극시키면, 가동체(20)는 일점 쇄선으로 도시된 바와 같이 P2-1방향으로 이동된다.
마찬가지로, 도 11을 참조하면, 압전소자(30-1)(30-2)(30-3)를 각각 P1-2, P2-2, P3-1방향으로 분극시키면 가동체(20)는 점선으로 도시된 바와 같이 P3-2방향으로 이동되며, 압전소자(30-1)(30-2)(30-3)를 각각 P1-1, P2-1, P3-2방향으로 분극시키면, 가동체(20)는 일점 쇄선으로 도시된 바와 같이 P3-1방향으로 이동된다.
상술한 바와 같이, 도 9, 도 10, 도 11의 구동 형태를 조합하면, 가동체(20)를 2차원 평면 내에서 임의의 위치로 병진운동시킬 수 있다. 또한, 압전층(31)(32)의 전단 모드에서의 변형량은 인가되는 구동신호의 전압의 크기에 비례하므로, 도 9, 도 10, 도 11의 구동 형태를 조합에서 각 압전소자(30-1)(30-2)(30-3)에 인가되는 구동신호의 전압의 크기를 다르게 함으로써 임의의 방향으로 가동체(20)를 병진운동시킬 수 있다.
압전 현상을 이용한 모터는 단위 전압당 유도되는 변위가 매우 작아 정밀한 구동이 가능하다는 점, 광범위한 온도 범위에서 제어가 가능하다는 점, 고정된 상태에서 압전소자는 거의 강체 구조물과 같은 기계적 특성을 보인다는 점, 작은 변위 내에서 매우 강한 힘을 발생시킬 수 있다는 점 등의 특성으로 인하여, 압전 현상을 이용하는 위치 조정기(positioner)가 주사 탐침 현미경(SPM: Scanning Probe Microscopy), 광학장비, 반도체 공정 장비, 초정밀 정렬기(aligner) 등에 적용될 수 있다. 본 실시예에 따른 압전 구동 장치는 전단 모드로 동작되므로, 인가되는 구동전압의 단위 크기당의 변위가 횡 모드 또는 종 모드로 동작되는 경우에 비하여 상대적으로 크다. 따라서, 횡모드 또는 종모드로 동작되는 경우에 비하여 상대적으로 낮은 구동 전압으로도 동일한 변위를 유발할 수 있다.
압전소자(30)는 벌크 압전물질의 슬라이스 또는 압전물질의 증착공정 또는 페이스트 형태의 압전물질을 소결하는 공정을 통하여 매우 작은 크기로 제조될 수 있다. 또한 본 실시예의 압전 구동 장치를 예를 들어 3개 정도의 압전소자(30-1, 30-2, 30-3)를 방사상으로 배치하는 간단한 구조로 구현이 가능하며, 소형화가 가능하다.
본 실시예의 압전 구동 장치는 예를 들어, 주사 탐침 현미경에서 탐침을 시료 표면으로부터 수 마이크로미터 미만으로 떨어진 위치로 옮기는 수직 방향의 변위 조정기(positioner)에 적용될 수 있다. 또한, 주사 탐침 현미경에서 탐침으로 훑을 수 있는 한 화면의 크기에 제한이 있기 때문에 탐침을 수평 방향으로 다른 위치로 이동시킬 필요가 있는데, 본 실시예의 압전 구동 장치는 이를 위한 수평 방향의 변위 조정기에도 적용될 수 있다. 더불어, 본 실시예의 압전모터는 광학장비의 초점 미세 조정을 위한 렌즈 구동장치, 자동초점장치 등에도 적용될 수 있다.
압전 구동 장치는 가동체(20a)를 틸트운동시킬 수도 있다. 도 12를 참조하면, 압전소자(30)와 마찰접촉되는 가동체(20a)의 면(22)이 곡면이다. 도 12에는 면(22)이 볼록 곡면으로 도시되어 있으나, 이에 이하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 면(22)은 오목 곡면 또는 다른 형태의 곡면일 수도 있다. 압전소자(30)는 면(22)에 접촉되고, 면(22)의 접선방향으로 기울어지게 배치된다. 이를 위하여, 고정체(10)에는 압전소자(30)를 면(22)에 대하여 접선방향으로 기울어지게 지지하는 지지부(12)가 마련될 수 있다. 예를 들어 도 13에 도시된 바와 같이 3개의 압전소자(30-1)(30-2)(30-3)가 방사상으로 배치될 수 있다. 3개의 압전소자(30-1)(30-2)(30-3)의 분극 방향은 서로 다른 방향으로서, 예를 들어 방사방향일 수 있다. 이와 같은 구성에 의하여, 예를 들어 도 9 내지 도 11에 도시된 바와 같이 압전소자(30-1)(30-2)(30-3)의 분극 방향과 구동신호의 전압을 조절하면, 가동체(20a)를 도 12에 도시된 바와 같이 임의의 방향으로 틸트운동시킬 수 있다. 이와 같은 구조의 압전 구동 장치를 채용하여 고니오미터(goniometer)의 구현이 가능하다. 상술한 구조의 압전 구동 장치는 정밀 광학기계나 진공 환경에서 작동하는 광학 부품의 반사미러의 각도를 조절, 광섬유의 방향 조절 등을 위하여 적용될 수 있다.
압전 구동 장치는 가동체(20)를 회전운동시킬 수도 있다. 도 14를 참조하면, 압전소자(200-1)(200-2)(200-3)가 중심점(C)을 기준으로 하여 방사상으로 배치된다. 압전소자(200-1)(200-2)(200-3)의 분극 방향은 방사방향과 직교하는 방향이다. 이러한 구조의 압전 구동 장치는 도 8에 도시된 병진운동을 위한 압전 구동 장치에서 압전소자(30-1)(30-2)(30-3)를 90도 회전시켜 배치한 형태와 동일하다. 따라서, 압전소자(200-1)(200-2)(200-3)의 상세한 형태에 대한 설명은 생략한다.
일방향으로만 회전시키고자 하는 경우에는 압전소자(200-1)(200-2)(200-3)는 제1, 제2압전층(31)(32) 중에서 하나만을 구비하면 되며, 양방향으로 회전시키고자 하는 경우에는 제1, 제2압전층(21)(32)을 구비하는 압전소자(200-1)(200-2)(200-3)를 채용하면 된다. 본 실시예에서는 제1, 제2압전층(31)(32)을 구비하는 압전소자(200-1)(200-2)(200-3)를 채용하여 가동체(20)를 양방향으로 회전시킬 수 있는 실시예에 대하여 설명한다. 이하에서, 압전소자(200-1)(200-2)(200-3)의 제1압전층(31)에 구동전압을 인가한 경우 압전소자(200-1)(200-2)(200-3)의 분극 방향을 각각 R1-1, R2-1, R3-1이라 하고, 압전소자(200-1)(200-2)(200-3)의 제2압전층(32)에 구동전압을 인가한 경우 압전소자(200-1)(200-2)(200-3)의 분극 방향을 각각 R1-2, R2-2, R3-2라 하다.
도 15를 참조하면, 압전소자(200-1)(200-2)(200-3)의 제1압전층(31)에 구동신호를 인가한다. 그러면, 압전소자(200-1)(200-2)(200-3)는 실선으로 도시된 바와 같이 각각 R1-1, R2-1, R3-1 방향으로 분극된다. 그러면, 슬립-스틱 작용에 의하여 가동체(20)는 압전소자(200-1)(200-2)(200-3)의 분극 방향의 반대방향, 즉 시계방향으로 회전된다. 반대로, 압전소자(200-1)(200-2)(200-3)의 제2압전층(32)에 구동신호를 인가하여 압전소자(200-1)(200-2)(200-3)를 점선으로 도시된 바와 같이 R1-2, R2-2, R3-2 방향으로 분극시키면, 가동체(20)는 압전소자(200-1)(200-2)(200-3)의 분극 방향의 반대방향, 즉 반시계방향으로 회전된다. 이와 같은 구성에 의하여, 가동체(20)를 회전시킬 수 있는 매우 간단한 구조의 압전 구동 장치의 구현이 가능하다.
상술한 실시예들에서는 제1, 제2압전층(31)(32)이 단일의 압전물질층으로 된 것으로 도시되어 있으나, 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 제1, 제2압전층(31)(32) 각각은 동일한 분극 방향을 갖는 복수의 압전물질층이 적층된 형태일 수 있다.
도 16과 도 17은 압전모터의 다른 실시예의 측면도 및 평면도이다. 도 18은 도 16 및 도 17에 도시된 압전소자(300)의 일 실시예의 사시도이다. 도 16과 도 17에 도시된 압전모터는 가동체(20)의 병진운동과 회전운동이 가능하게 구성된다. 도 16 내지 도 18을 참조하면, 3개의 압전소자(300-1)(300-2)(300-3)가 중심점(C)로부터 방사상으로 배치된다. 본 실시예에서는 3개의 압전소자(300-1)(300-2)(300-3)가 중심점(C)를 중심으로 하여 120도 간격으로 배치되어 있으나, 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라서 4개 또는 그 이상의 압전소자(300)가 배치될 수 있다. 중심점(C)으로부터 각 압전소자(300-1)(300-2)(300-3)까지의 거리가 모두 동일한 필요는 없다. 또한, 3개의 압전소자(300-1)(300-2)(300-3)가 반드시 대칭되게 배치될 필요도 없다. 압전소자(300)의 갯수와 배치형태는 요구되는 가동체(20)의 구동 특성에 적합하게 결정될 수 있다.
압전소자(300)는 전단 모드로 동작되고 분극 방향이 서로 직교하는 제1압전유닛(310)과 제2압전유닛(320)가 적층된 형태이다. 제1압전유닛(310)는 상호 적층된 제1, 제2압전층(311)(312)을 포함할 수 있다. 제1, 제2압전층(311)(312) 사이에는 커먼 전극(313)이 배치될 수 있으며, 제1, 제2압전층(311)(312)의 하부면 및 상부면에는 구동 전극(314)(315)이 각각 배치될 수 있다. 제2압전유닛(320)는 상호 적층된 제3, 제4압전층(321)(322)을 포함할 수 있다. 제3, 제4압전층(321)(322) 사이에는 커먼 전극(323)이 배치될 수 있으며, 제3, 제4압전층(321)(322)의 상부면 및 하부면에는 각각 구동 전극(324)(325)이 배치될 수 있다. 구동전극(315)(325) 사이에는 절연층(330)이 개재될 수 있다. 구동 전극(324)(314)의 상부면 및 하부면에는 각각 터미널 플레이트(350)(340)가 배치된다.
제1압전유닛(310)의 분극 방향은 방사방향이다. 또, 제1, 제2압전층(311)(312)의 분극방향은 서로 반대 방향이다. 예를 들어, 제1압전층(311)의 분극 방향은 중심점(C)으로부터 외측을 향하는 방향이며, 제2압전층(312)의 분극 방향은 중심점(C)을 향하는 방향일 수 있다. 터미널 플레이트(340)는 고정체(10)의 면(11)에 고정된다.
제1, 제2압전유닛(310)(320)는 분극 방향이 서로 다르며, 도 18에 도시된 바와 같이 서로 직교할 수 있다. 즉, 제2압전유닛(320)의 분극방향은 방사방향에 직교하는 방향이다. 제3, 제4압전층(321)(322)의 분극방향은 서로 반대 방향이다. 예를 들어, 중심점(C)을 기준으로 하여 제3압전층(321)의 분극 방향은 반시계방향이며, 제4압전층(322)의 분극 방향은 시계방향이다. 터미널 플레이트(350)는 가동체(20)의 면(21)에 마찰접촉된다.
제1압전유닛(310)를 구동하여 가동체(20)를 병진운동시킬 수 있다. 상세한 병진 구동 과정은 도 9 내지 도 11에서 설명하는 바와 동일하다. 즉, 도 9 내지 도 11에서 참조부호 30-1, 30-2, 30-3을 각각 300-1, 300-2, 300-3으로 보면 되므로, 중복되는 설명은 생략한다.
또, 제2압전유닛(320)를 구동하여 가동체(20)를 회전운동시킬 수 있다. 상세한 회전 구동 과정은 도 15에서 설명하는 바와 동일하다. 즉, 도 15에서 참조부호 200-1, 200-2, 200-3을 각각 300-1, 300-2, 300-3으로 보면 되므로, 중복되는 설명은 생략한다.
또, 가동체(20) 대신에 도 12에 도시된 곡면(22)을 가진 가동체(20a)가 적용되는 경우에, 제1압전유닛(310)를 구동하여 가동체(20)를 틸트운동시킬 수 있다.
상술한 구성에 의하여, 가동체(20)를 병진/틸트운동 및 회전운동시킬 수 있는 압전 구동 장치의 구현이 가능하다.
상술한 실시예에서는 제1 내지 제4(311)(312)(321)(322)이 단일의 압전물질층으로 된 것으로 도시되어 있으나, 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 제1 내지 제4(311)(312)(321)(322) 각각은 동일한 분극 방향을 갖는 복수의 압전물질층이 적층된 형태일 수도 있다.
도 7에 도시된 가동체(20)의 병진운동이 가능한 압전모터에는 가동체(20)의 병진운동의 변위를 검출하기 위한 병진변위 검출수단이 마련될 수 있다. 예를 들어, 병진변위 검출수단은 가동체(20)과 고정체(10)에 마련되는 복수의 대향전극 사이의 정전용량의 변화에 기반하는 정전용량방식에 의하여 가동체(20)의 병진운동의 변위를 검출할 수 있다. 도 19에는 정전용량방식의 병진변위 검출수단의 일 예가 도시되어 있다. 도 19를 참조하면, 고정체(10)에 제1, 제2전극(401)(402)이 마련되고, 가동체(20)에 제3, 제4전극(403)(404)을 각각 배치할 수 있다. 제1, 제2전극(401)(402)은 고정체(10)의 면(11)에, 제3, 제4전극(403)(404)은 가동체(20)의 면(21)에 마련될 수 있다. 예를 들어, 제1 내지 제4전극(401)(402)(403)(404)은 "X"자 형태로 배치될 수 있다. 즉, 기준위치(R)을 원점으로 하는 평면 좌표계에서, 제1, 제2전극(401)(402)은 의 제1, 제3사분면에 배치될 수 있으며, 제3, 제4전극(403)(404)은 제2, 제4사분면에 배치될 수 있다.
예를 들어, 도 20에 도시된 바와 같이 가동체(20)가 -X 방향으로 이동된 경우에, 제2전극(402)과 제4전극(404)이 상하방향으로 서로 대향된다. 제2전극(402)과 제4전극(404)의 사이에는 예를 들어 공기가 존재한다. 따라서, 제2전극(402)과 제4전극(404)은 하나의 캐패시터(capacitor)를 구성한다. 제2전극(402)과 제4전극(404)에 의하여 구현되는 캐패시터의 정전용량은 제2전극(402)과 제4전극(404)이 서로 대향된 면적에 비례한다. 따라서, 제2전극(402)과 제4전극(404) 사이의 정전용량의 변화를 검출함으로써 가동체(20)의 -X 방향의 변위를 검출할 수 있다. 도면으로 도시되지는 않았지만, 가동체(20)가 +X 방향으로 이동된 경우에, 제1전극(401)과 제3전극(403)이 상하방향으로 서로 대향되어 하나의 캐패시터를 구성하며, 제1전극(401)과 제3전극(402) 사이의 정전용량의 변화를 검출함으로써 가동체(20)의 +X 방향의 변위를 검출할 수 있다.
마찬가지로, 가동체(20)가 -Y 방향으로 이동된 경우에는 제2전극(402)과 제3전극(403) 사이의 정전용량의 변화를, +Y 방향으로 이동된 경우에는 제1전극(401)과 제4전극(404) 사이의 정전용량의 변화를 검출함으로써 가동체(20)의 -Y, +Y 방향의 변위를 검출할 수 있다.
도 21(a) 내지 도 21(d)를 참조하면, 도 21(a)와 같이 기준위치(R)이 제1사분면에 존재하는 경우에는 제1전극(401)이 제3, 제4전극(403)(404)과, 도 21(b)와 같이 제2사분면에 존재하는 경우에는 제4전극(404)이 제1, 제2전극(401)(402)과, 도 21(c)와 같이 제3사분면에 존재하는 경우에는 제2전극(402)이 제3, 제4전극(403)(404)과, 도 21(d)와 같이 제4사분면에 존재하는 경우에는 제3전극(403)이 제1, 제2전극(401)(402)과 대향된다. 따라서, 대향되는 전극들 사이의 정전용량의 변화를 검출하여, 임의의 방향으로의 가동체(20)의 변위를 검출할 수 있다.
제1 내지 제4전극(401)(402)(403)(404)의 형태는 도 19 내지 도 21에 도시된 형태에 한정되지 않으며, 압전모터의 형태와 압전소자들의 배치형태를 감안하여 병진 변위의 검출을 위하여 적절한 형태로 구현될 수 있다. 또한, 전극의 갯수도 4개에 한정되지 않는다.
도 19에 도시된 형태의 병진변위 검출수단은 도 12에 도시된 가동체(20)를 틸트운동시키는 압전모터에서 가동체(20)의 틸트 각도를 검출하기 위하여 적용될 수 있다. 이 경우에는 대향 전극들의 대향 면적과 함께 대향 전극들 사이의 거리도 변하므로 이를 고려하여 정전용량의 변화를 검출할 수 있으며, 병진변위 검출수단에 의하여 검출된 변위에 근거하여 가동체(20)의 틸트 각도를 산출할 수 있다. 도 12에서 고정체(10)의 면(11)을 가동체(20)의 면(22)에 대응되는 곡면형태로 함으로써 대향 전극들 사이의 거리가 변하지 않도록 할 수도 있다.
도 14에 도시된 가동체(20)의 회전운동이 가능한 압전모터에는 가동체(20)의 회전운동의 변위를 검출하기 위한 정전용량방식의 회전변위 검출수단이 마련될 수 있다. 예를 들어, 도 22를 보면, 고정체(10)의 면(도 1: 11)에 반원형 띠형태의 제1전극(501)이 마련되고, 이와 대향되는 가동체(20)의 면(도 1: 21)에 역시 반원형 띠형태의 제2전극(502)이 마련될 수 있다. 가동체(20)가 회전되면 제1전극(501)과 제2전극(502)의 대향면적이 변화한다. 즉, 가동체(20)가 회전되기 시작하면 정전용량이 점차 증가되고 제1, 제2전극(501)(502)이 완전히 겹쳐진 후에는 다시 정전용량이 점차 감소된다. 따라서, 가동체(20)의 회전에 따른 제1전극(501)과 제2전극(502) 사이의 정전용량의 변화를 검출하면 가동체(20)의 회전변위를 검출할 수 있다.
회전방향을 검출하기 위하여, 예를 들어 제1전극(501)이 두 개로 분할될 수 있다. 도 23을 참조하면, 제1전극(501)은 제1, 제2분할전극(501-1)(501-2)을 포함할 수 있다.
가동체(20)가 시계방향으로 회전될 때에는 제2분할전극(501-2)과 제2전극(502) 사이의 정전용량이 먼저 증가한다. 제2분할전극(501-2)과 제2전극(502) 사이의 정전용량이 최대값이 도달된 후에는, 제2분할전극(501-2)과 제2전극(502) 사이의 정전용량이 최대값을 유지하면서 제1분할전극(501-1)과 제2전극(502) 사이의 정전용량이 증가된다. 제1분할전극(501-1)과 제2전극(502) 사이의 정전용량이 최대값이 도달된 후에는 제1분할전극(501-1)과 제2전극(502) 사이의 정전용량이 최대값을 유지하면서 제2분할전극(501-2)과 제2전극(502) 사이의 정전용량이 감소된다. 뒤이어, 제1분할전극(501-1)과 제2전극(502) 사이의 정전용량이 감소된다.
가동체(20)가 반시계방향으로 회전될 때에는 제1분할전극(501-1)과 제2전극(502) 사이의 정전용량이 먼저 증가한다. 제1분할전극(501-1)과 제2전극(502) 사이의 정전용량이 최대값이 도달된 후에는, 제1분할전극(501-1)과 제2전극(502) 사이의 정전용량이 최대값을 유지하면서 제2분할전극(501-2)과 제2전극(502) 사이의 정전용량이 증가된다. 제2분할전극(501-2)과 제2전극(502) 사이의 정전용량이 최대값이 도달된 후에는 제2분할전극(501-2)과 제2전극(502) 사이의 정전용량이 최대값을 유지하면서 제1분할전극(501-1)과 제2전극(502) 사이의 정전용량이 감소된다. 뒤이어, 제2분할전극(501-2)과 제2전극(502) 사이의 정전용량이 감소된다.
상술한 과정을 정리하면 아래의 표 1과 같다. 이 표로부터 가동체(20)의 회전방향을 알 수 있으며, 정전용량의 변화 과정을 추적하면 가동체(20)의 회전변위를 알 수 있다.
제1분할전극과 제2전극 사이의 정전용량
0 증가 최대 감소
제2분할전극과 제2전극 사이의 정전용량 0 - CCW - CW
증가 CW - CCW -
최대 - CW - CCW
감소 CCW - CW -
상술한 방법 이외에도 변위검출수단은 고정체(10)과 가동체(20)이 병진 변위 또는 회전 변위에 따른 저항의 변화를 이용하는 저항방식을 이용하여 구성될 수도 있다. 이 경우, 변위검출수단은 고정체(10)과 가동체(20) 중 적어도 하나에 마련되는 저항 패턴과, 고정체(10)와 저항패턴 및/또는 가동체(20)와 저항패턴을 연결하는 프로브를 포함하여 구현될 수 있다. 가동체(10)가 이동됨에 따라 프로브와 저항패턴의 접촉 위치가 변하며, 이에 따라 프로브와 저항패턴을 연결하는 전기회로의 저항이 변하게 된다. 이 저항 변화를 감지함으로써 가동체(20)의 변위를 검출할 수 있다. 이외에도, 변위검출수단은 로터리 엔코더 또는 리니어 엔코더에 의하여 구현될 수도 있다.
도 24에는 압전 구동 장치의 다른 실시예가 도시되어 있다. 도 24를 보면, 고정체(10)과 가동체(20)에 각각 관통부(13)(23)가 마련된다. 관통부(13)(23)는 서로 연통되도록 형성될 수 있다. 관통부(13)(23)는 각각 고정체(10)과 가동체(20)의 중심부를 관통하여 형성될 수 있다. 상술한 구성에 위하면, 압전모터가 적용된 장치의 다른 구성요소들이 관통부(13)(23)를 통하여 이동될 수 있으며, 압전모터가 광학장비에 적용된 경우 광이 관통부(13)(23)를 통하여 통과될 수 있다. 따라서, 압전모터가 적용되는 장치의 설계 자유도를 향상시킬 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
10...고정체 12...지지대
13, 23...관통부 20, 20a...가동체
30, 200, 300...압전소자 31, 32...제1, 제2압전층
33, 313, 323...커먼 전극
34, 35, 314, 315, 324, 325...구동 전극
36, 37, 340, 350...터미널 플레이트
301...고정단 302...가동단
310, 320...제1, 제2압전유닛
311, 312...제1, 제2압전층 321, 322...제3, 제4압전층
330...절연층
40...탄성부재 401, 402, 403, 404...제1 내지 제4전극
50...자석 501, 502...제1, 제2전극
501-1, 501-2...제1, 제2분할전극

Claims (27)

  1. 고정체;
    상기 고정체와 대향되게 배치되는 가동체;
    상기 고정체와 상기 가동체 사이에 배치되어 전단 모드로 작동되며, 일단이 상기 고정체에 고정되고 타단은 상기 가동체에 접촉되는 복수의 압전소자;를 포함하며,
    상기 복수의 압전소자 각각의 분극방향은 서로 다른 방향인 것을 특징으로 하는 압전 구동 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 압전소자 각각은, 분극방향이 서로 반대 방향인 제1압전층과 제2압전층을 포함하는 압전 구동 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1압전층과 제2압전층은 서로 적층된 압전 구동 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    일단이 상기 고정체에 접촉되고 타단은 상기 가동체를 상기 복수의 압전소자를 향하여 탄력적으로 누르는 탄성부재;를 더 포함하는 압전 구동 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 가동체와 상기 고정체 중 적어도 하나에 배치되는 자석을 포함하여, 상기 가동체는 상기 자석의 자기력에 의하여 상기 복수의 압전소자를 가압하는 압전 구동 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 압전 구동 장치는 상기 복수의 압전소자와 상기 가동체 간의 슬립-스틱에 의해 병진운동을 구현하는 압전 구동 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 압전소자는 3개 이상이며,
    상기 분극방향은 방사방향 또는 방사방향과 직교하는 방향인 압전 구동 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 가동체의 상기 복수의 압전소자와 접촉되는 면은 곡면이며,
    상기 가동체는 상기 복수의 압전소자에 의하여 틸트운동되는 압전 구동 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 압전소자를 상기 곡면의 접선방향으로 지지하는 지지대가 마련된 고정대를 더 구비하는 압전 구동 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 가동체의 변위를 검출하는 변위검출수단을 더 구비하는 압전 구동 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 변위검출수단은 상기 가동체와 상기 고정체의 상호 대향되는 면에 배치되는 복수의 전극을 포함하며,
    상기 가동체의 변위에 따른 상기 복수의 전극 사이의 정전용량의 변화를 검출하는 압전 구동 장치.
  12. 고정체;
    상기 고정체와 대향되게 배치되는 가동체;
    상기 고정체와 상기 가동체 사이에 배치되어 전단 모드로 작동되며, 일단이 상기 고정체에 고정되고 타단은 상기 가동체에 접촉되는 적어도 하나 이상의 압전소자;
    상기 하나 이상의 압전소자 각각은 제 1압전유닛과 제 2 압전유닛;을 포함하며,
    상기 제1압전유닛의 분극방향과 상기 제2압전유닛의 분극방향은 서로 다른 방향인 것을 특징으로 하는 압전 구동 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제 1 압전유닛과 상기 제 2압전유닛중 적어도 하나는, 분극방향이 서로 반대 방향인 제1압전층과 제2압전층을 포함하는 압전 구동 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1압전층과 제2압전층은 서로 적층된 압전 구동 장치.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 제1압전유닛의 분극방향과 제2압유닛의 분극방향은 서로 직교한는 압전 구동 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1압전유닛과 제2압전유닛은 서로 적층된 압전 구동 장치.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 가동체는 자중, 탄성력, 자기력 중 적어도 하나에 의하여 상기 적어도 하나 이상의 압전소자에 가압된 압전 구동 장치.
  18. 제12항에 있어서,
    상기 가동체의 상기 적어도 하나 이상의 압전소자와 접촉되는 면은 평면인 압전 구동 장치.
  19. 제12항에 있어서,
    상기 압전 구동 장치는 상기 적어도 하나 이상의 압전소자와 상기 가동체 간의 슬립-스틱에 의해 병진운동 및 회전운동을 구현할 수 있는 압전 구동 장치.
  20. 제12항에 있어서,
    상기 가동체의 상기 적어도 하나 이상의 압전소자와 접촉되는 면은 곡면이며,
    상기 가동체는 상기 적어도 하나 이상의 압전소자에 의하여 틸트운동되는 압전 구동 장치.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 고정체에는 상기 적어도 하나 이상의 압전소자를 상기 곡면의 접선방향으로 지지하는 지지대가 마련된 압전 구동 장치.
  22. 제12항에 있어서,
    상기 가동체의 변위를 검출하는 변위검출수단을 더 구비하며,
    상기 변위검출수단은 상기 가동체와 상기 고정체의 상호 대향되는 면에 배치되는 복수의 전극을 포함하는 압전 구동 장치.
  23. 고정체;
    상기 고정체와 대향되게 배치되는 가동체;
    상기 고정체와 가동체 사이에 배치되어 전단 모드로 작동되며, 일단이 상기 고정체에 고정되고 타단은 상기 가동체에 접촉되는 복수의 압전소자;
    상기 복수의 압전소자 각각의 분극방향이 서로 다른 방향이며,
    상기 복수의 압전소자 각각은 제1압전층과 제2압전층;을 포함하며,
    상기 제1압전층의 분극방향과 상기 제2압전층의 분극방향이 서로 직교하며,
    상기 고정체와 상기 가동체 중 적어도 하나는 관통부를 포함하는 압전 구동 장치.
  24. 제22항에 있어서,
    상기 제1압전층의 분극방향과 상기 제2압전층의 분극방향 중 하나는 방사방향 또는 방사방향과 직교하는 방향인 압전 구동 장치.
  25. 제23항에 있어서,
    상기 압전 구동 장치는 상기 복수의 압전소자와 상기 가동체 간의 슬립-스틱에 의해 병진운동을 구현하는 압전 구동 장치.
  26. 제23항에 있어서,
    상기 가동체는 자중, 탄성력, 자기력 중 적어도 하나에 의하여 상기 복수의 압전소자에 가압된 압전 구동 장치.
  27. 제23항에 있어서,
    상기 가동체의 변위를 검출하는 변위검출수단을 더 구비하며,
    상기 변위검출수단은 상기 가동체와 상기 고정체의 상호 대향되는 면에 배치되는 복수의 전극을 포함하는 압전 구동 장치.
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